Культивирование Dunaliella salina на питательной среде из нейтрально-сульфитных щелоков. C. 162-175

УДК

57.083.1

DOI:

10.37482/0536-1036-2023-6-162-175

Аннотация

Dunaliella salina на питательной среде из нейтрально-сульфитных щелоков, полученных при варке целлюлозы из древесины березы, с дополнительным внесением хлорида натрия. Микроводоросли D. salina выделены из донного осадка Кояшского озера Керченского полуострова. Показано, что на физиологическую активность микроводорослей влияет количество внесенного в питательную среду хлорида натрия. При добавлении в питательную среду до 5 % хлорида натрия микроводоросли D. salina проявляют галотолерантные свойства. С увеличением количества хлорида натрия до 30 % – галофильные свойства. Наилучшие кинетические характеристики роста D. salina при культивировании на питательной среде из нейтрально-сульфитных щелоков отмечены при галофильной физиологической активности. Выход биомассы микроводорослей D. salina при культивировании на питательной среде из нейтрально-сульфитных щелоков без внесения и при внесении 5 % хлорида натрия выше по сравнению с добавлением 15 и 30 % хлорида натрия. Однако накопление белка имеет противоположную зависимость, в частности, количество белка в культуральной жидкости с 15 и 30 % хлорида натрия больше, чем при содержании хлорида натрия 5 %. С увеличением продолжительности культивирования до 240 ч наблюдается снижение pH питательной среды c 7,04 до 4,70, что обусловлено усвоением микроводорослями минерального и связанного с органическими веществами азота, присутствующего в питательной среде из нейтрально-сульфитных щелоков. Установлено, что при культивировании микроводоросли ассимилируют как редуцирующие, так и красящие вещества, присутствующие в питательной среде, следствием является интенсивный рост клеток. При увеличении продолжительности культивирования микроводорослей наблюдается рост числа клеток в культуральной жидкости до 4‧106 кл./мл, при этом они синтезируют внеклеточный фермент ксиланазу, что способствует дополнительному образованию редуцирующих веществ в питательной среде за счет ферментативного гидролиза ксилана. Результаты исследований показывают перспективность использования нейтрально-сульфитных щелоков в биотехнологии при культивировании микроводорослей D. salina для получения биопродуктов.

Сведения об авторах

Р.А. Иксанов^1*, аспирант; 
ORCID: https://orcid.org/0009-0001-4043-6779
А.В. Канарский¹, д-р техн. наук; ResearcherID: O-8113-2016,
ORCID: https://orcid.org/0000-0002-3541-2588
З.А. Канарская¹, канд. техн. наук; ResearcherID: AAG-2997-2020,
ORCID: https://orcid.org/0000-0002-8194-6185
В.М. Гематдинова², канд. техн. наук; 
ORCID: https://orcid.org/0000-0002-2777-3842
Е.В. Белкина³, инж.

¹Казанский национальный исследовательский технологический университет, ул. Карла Маркса, д. 68, г. Казань, Россия, 420015; rishat.iksanov@yandex.com*, alb46@mail.ru, zosya_kanarskaya@mail.ru
²Казанский инновационный университет им. В.Г. Тимирясова, ул. Московская, д. 42, корп. 1, г. Казань, Россия, 420111; venera.nas14@yandex.ru
³ООО «Прикамский картон», ул. Бумажников, д. 1, г. Пермь, Россия, 614037; ekaterina.Belkina@pcbk.ru

Ключевые слова

нейтрально-сульфитный щелок, галофилы, микроводоросли Dunaliella salina, физиологическая активность, кинетические характеристики роста, выход биомассы, белок

Для цитирования

Иксанов Р.А., Канарский А.В., Канарская З.А., Гематдинова В.М., Белкина Е.В. Культивирование Dunaliella salina на питательной среде из нейтральносульфитных щелоков // Изв. вузов. Лесн. журн. 2023. № 6. С. 162–175. https://doi.org/10.37482/0536-1036-2023-6-162-175

Литература

1. Бадикова А.Д., Куляшова И.Н., Кудашева Ф.Х. Лигносульфонаты нейтрально-сульфитного способа варки как перспективное сырье для получения буровых реагентов // Башк. хим. журн. 2014. Т. 21, № 1. С. 64–66.
2. Кононов Г.Н., Веревкин А.Н., Сердюкова Ю.В., Миронов Д.А. Древесина как химическое сырье. История и современность. IV. Делигнификация древесины как путь получения целлюлозы. Часть I // Лесн. вестн. 2022. Т. 26, № 1. С. 97–113.
3. Смирнова Е.Г., Лоцманова Е.М., Журавлева Н.М., Резник А.С., Вураско А.В., Дрикер Б.Н., Минакова А.Р., Симонова Е.И., Сиваков В.П., Первова И.Г., Маслакова Т.И., Казаков Я.В., Севастьянова Ю.В., Коптяев В.В., Дернова Е.В., Канарский А.В., Дулькин Д.А., Щербак Н.В., Дубовый В.К. Материалы из нетрадиционных видов волокон: технологии получения, свойства, перспективы применения: моногр. / под ред. А.В. Вураско. Екатеринбург: УГЛТУ, 2020. 252 c.
4. Чакчир Б.А., Алексеева Г.М. Фотометрические методы анализа: метод. указ. СПб.: СПХФА, 2002. 44 с.
5. Beardall J., Giordano M. Acquisition and Metabolism of Inorganic Nutrients by Dunaliella. The Alga Dunaliella: Biodiversity, Physiology, Genomics and Biotechnology. New Hampshire, Science Publ., 2019, pp. 73–187. https://doi.org/10.1201/b10300-8
6. Benemann J.R. Opportunities and Challenges in Algae Biofuels Production. A Position Paper in line with Algae World 2008, 2008. 15 p.
7. Brennan L., Owende P. Biofuels from Microalgae – a Review of Technologies for Production, Processing, and Extractions of Biofuels and Co-products. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2010, vol. 14, iss. 2, pp. 557–577. https://doi.org/10.1016/j.rser.2009.10.009
8. Engstrand P., Sundberg C., Wancke-Stahl C., Jonsson J., Starck G., Wahlgren M. Method of Producing Bleached Thermomechanical Pulp (Tmp) or Bleached Chemithermomechanical Pulp (Ctmp), Patent US, no. US 2004/0231811 A1.
9. Fan J., Huang J., Li Y., Han F., Wang J., Li X., Wang W. Sequential Heterotrophy Dilution Photoinduction Cultivation for Efficient Microalgal Biomass and Lipid Production. Bioresource Technology, 2012, vol. 112, pp. 206–211. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2012.02.046
10. Ferraz A., Guerra A., Souza-Cruz P.B., Mendonca R. Attempts to Correlate Biopulping Benefits with Changes in the Chemical Structure of Wood Components and Enzymes Produced during the Wood Biotreatment with Ceriporiopsis subvermispora. Progress in Biotechnology, 2002, vol. 21, pp. 73–80. https://doi.org/10.1016/S0921-0423(02)80009-0
11. Huang C., Wu H., Li R., Zong M. Improving Lipid Production from Bagasse Hydrolysate with Trichosporon Fermentans by Response Surface Methodology. New Biotechnology, 2012, vol. 29, iss. 3, pp. 372–378. https://doi.org/10.1016/j.nbt.2011.03.008
12. Kielkopf C.L., Bauer W.J., Urbatsch I.L. Methods for Measuring the Concentrations of Proteins. Cold Spring Harbor Protocols, 2020, vol. 4, art. 102277. https://doi.org/10.1101/pdb.top102277
13. Kitto M.R., Rengunathan C. Is Earthen Unmixed Pond Culture Technology for Dunaliella, the only Way to Beat High Natural β-Carotene Prices? Engormix, 2012.
14. Konwar L.J., Mikkola J.P., Bordoloi N., Saikia R., Chutia R.S., Kataki R. Sidestreams from Bioenergy and Biorefinery Complexes as a Resource for Circular Bioeconomy. Waste Biorefinery, 2018, pp. 85–125. https://doi.org/10.1016/B978-0-44463992-9.00003-3
15. Madhuri P., Keerthana R. Effect of Pulping, Bleaching and Refining Process on Fibers for Papermaking. International Journal of Engineering Research & Technology, 2020, vol. 9, iss. 12, pp. 330–316.
16. Maier R.M. Bacterial Growth. Environmental Microbiology. Burlington, San Diego, London, Elsevier Publ., 2009, pp. 37–54. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-3705198.00003-1
17. Mboowa D.A. Review of the Traditional Pulping Methods and the Recent Improvements in the Pulping Processes. Biomass Conversion and Biorefinery, 2021, vol. 1, pp. 1–12. https://doi.org/10.1007/s13399-020-01243-6
18. Michaela W., Janina G., Bettina L., Raimund T., Christoph H., Hedda K. Weber Generation of PHB from Spent Sulfite Liquor Using Halophilic Microorganisms. Microorganisms, 2015, vol. 3, iss. 2, pp. 268–289. https://doi.org/10.3390/microorganisms3020268
19. Orata F. Derivatization Reactions and Reagents for Gas Chromatography Analysis. Advanced Gas Chromatography – Progress in Agricultural, Biomedical and Industrial Applications, 2012, pp. 83–108. https://doi.org/10.5772/33098
20. Perez-Garcia O., Escalante F.M.E., De-Bashan L.E., Bashan Y. Heterotrophic Cultures of Microalgae: Metabolism and Potential Products. Water Research, 2011, vol. 45, iss. 1, pp. 11–36. https://doi.org/10.1016/j.watres.2010.08.037
21. Rathinam R., Chinnathambi A., Ganesan V. Efficacy of Dunaliella salina (Volvocales, Chlorophyta) in Salt Refinery Effluent Treatment. Asian Journal of Chemistry, 2004, vol. 16, iss. 2, pp. 1081–1088.
22. Rullifank K.F., Roefinal M.E., Kostanti M., Sartika L. Evelyn Pulp, and Paper Industry: an Overview on Pulping Technologies, Factors, and Challenges. OP Conference Series: Materials Science and Engineering, 2020, vol. 845, art. 012005. https://doi.org/10.1088/1757-899X/845/1/012005
23. Tafreshi H.A., Shariati M. Dunaliella Biotechnology: Methods and Applications. Journal of Applied Microbiology, 2009, vol. 107, iss. 1, pp. 14–35. https://doi.org/10.1111/j.1365-2672.2009.04153.x